A vertical closed loop ground source heat pump (GSHP) is used to produce heat from the low-grade energy source such as the outside air and ground source. It is known that a heat pump system type has better efficiency comparing to the electric heating system. This study only demonstrates that the vertical closed loop GSHP system is a feasible choice for space cooling of air conditioning. The coefficient of performance (COP) is the ratio of heat output to work supplied to the system in the form of electricity. For the vertical closed loop GSHP system in a cooling mode, the COP is the most commonly used way for judging the efficiency. For the purpose of this experiment, vertical closed loop GSHP system was installed in the laboratory and the experiment was executed. As a result, an average COP of vertical-closed loop GSHP system was 3.62 when the outside average temperature was $33^{\circ}C$.
Recently, the use of renewable energy has been increased due to growing concern on the energy-saving at buildings and the reduction of $CO_2$ emission. In the field of architecture, to reduce the energy consumption of heating, cooling and hot water supply, heat pump systems with renewable energy has been developed and used in various applications. However, there have been many of researches on the large-scale commercial heat pump systems, but the research and the field application of a compact heat pump system is rare. Therefore, in order to develop the compact heat pump for the small-scale residential building, this study conducted the performance test and feasibility study for a hybrid heat pump using the heat source of air, solar and ground. In the results of experiments through a trial product, the average COP of cooling mode with ground heat source was 4.75, and it of heating mode was 4.03. Furthermore, the average COP of cooling mode with air heat source was 2.60, and it of heating mode was 2.92. Finally, payback period of the system was calculated as 9.2 years.
Ground-coupled heat pump (GCHP) systems utilize the immense renewable storage capacity of the ground as a heat source or sink to provide space heating, cooling, and domestic hot water. The main objective of the present study is to investigate the cooling and heating performance of a small scale GCHP system with horizontal ground heat exchanger (HGHE). In order to evaluate the performance, a water-to-air ground-source heat pump unit connected to a test room with a net floor area of 18.4 m2 and a volume of 64.4 m3 in the Korea Institute of Construction Technology ($37^{\circ}39'N$, $126^{\circ}48'E$) was designed and constructed. This GCHP system mainly consisted of slinky-type HGHE with a total length of 400 m, indoor heat pump, and measuring devices. The peak cooling and heating loads of the test room were 5.07 kW and 4.12 kW, respectively. The experimental results were obtained from March 15, 2011 to August 31, 2011 and the performance coefficients of the system were determined from the measured data. The overall seasonal performance factor (SPF) for cooling was 3.31 while the system delivered heating at a daily average performance coefficients of 2.82.
Generally, ground-source heat pump (GSHP) systems have a higher performance than conventional air-source systems. However, the major fault of GSHP systems is their expensive boring costs. Therefore, it is important issue that to reduce initial cost and ensure stability of system through accurate prediction of the heat extraction and injection rates of the ground heat exchanger. Conventional analysis methods employed by line source theory are used to predict heat transfer rate between ground heat exchanger and soil. Shape of ground heat exchanger was simplified by equivalent diameter model, but these methods do not accurately reflect the heat transfer characteristics according to the heat exchanger geometry. In this study, a numerical model that combines a user subroutine module that calculates circulation water conditions in the ground heat exchanger and FEFLOW program which can simulate heat/moisture transfer in the soil, is developed. Heat transfer performance was evaluated for 3 different types ground heat exchanger(U-tube, Double U-tube, Coaxial).
The design of a ground-source heat pump system includes specifications for a ground loop heat exchanger where the heat transfer rate depends on the thermal conductivity of the ground. To evaluate this heat transfer property, in-situ thermal response tests on four vertical test boreholes with different grouting materials were conducted by adding a monitored amount of heat to water over various test lengths. By measuring the water temperatures entering and exiting the loop, water flow rate, and heat load, effective thermal conductivity values of the ground were determined. The effect of increasing thermal conductivity of grouting materials from 0.82 to 1.05 W/m$^{\circ}C$ resulted in overall increases in effective ground thermal conductivity by 25.8% to 69.5%.
This paper presents the performance of a water-to-refrigerant type ground source heat pump (GSHP) system installed in a school building in Korea. For analyzing the performance of the GSHP system, we monitored various operating conditions, including the outdoor temperature, the ground temperature, and the input power of the GSHP system. The average cooling coefficient of performance (COP) of the heat pump was found to be 8.5 at 60% partial load condition, while the overall system COP was found to be 5.9. The average heating COP of the heat pump was found to be 6.5 at 45% partial load condition, while the overall system COP was found to be 5.0.
In the present study, fuel cell driven ground source heat pump system is applied to a large community building and performance of the heat pump system is computationally analyzed. Conduction heat transfer between brine pipe and ground is analyzed by TEACH code to predict the performance of heat pump system. Predicted COP of the heat pump system and the energy cost were compared with variation of the location of the objective building the water saturation rate of soil and the driven powers of heat pump system. Significant reduction of energy cost can be accomplished by employing the fuel cell driven heat pump system in comparison with the late-night electricity driven system. It is due to the low electricity production cost of fuel cell system and the application of recovered waste heat generated during electricity production process to the heating of large community building.
In this study, the technologies and regulations for distributing standing column well(SCW) ground source heat pump systems to the residential cluster homes were investigated. They have only been installed in the public or commercial building having different load pattern and site structure compared with the residential cluster homes. Some of SCWs for the residential cluster homes should be installed under the basement due to a lack of site area. There are pressure differences between the SCWs installed under ground surface and basement. It is needed to develop the technology or devices to prevent overflow caused by pressure difference among the SCWs. In addition, heat balance algorithm between SCWs should be adopted to maximize the system efficiency. A heat pump having heating, cooling, hot water, heating-hot water, and cooling-hot water modes should be developed for adopting an individual air-conditioning system to the residential cluster homes.
In this study,the compact type solar thermal and ground coupled heat pump hybrid system for space heating/cooling and hot water supply has been developed. This hybrid system was installed in Zero Energy Solar House(ZeSH) in KIER for the demonstration. The thermal performance and operational characteristics of this hybrid system were analysed especially. The results are as follows. (1) This hybrid system was designed in order to address the existing disadvantages of solar thermal/ground coupled heat pump system. For this design, all parts except solar collector and ground coupled heat pump were integrated into a single product in a factory. The compact type unit includes two buffer tanks, an expansion tank, pumps, valves, a controller, etc. This system has an advantage of easy installation with simple plumbing work even in narrow space. (2) The thermal charging and discharging time of the buffer tanks and its characteristics by ground coupled heat pump, and heat pump COP according to geo-source temperature and buffer storage temperature have been studied. This system was found to meet well to the heat load without any other auxiliary heating equipment. (3) The operating hours of the ground coupled heat pump as a backup device of solar thermal can be reduced significantly by using solar heat. It was also found that the minimum heating water supply setting temperature and maximum cooling water supply setting temperature make an influence on the heat pump COP. The lower heating water and the higher cooling water temperature, the higher COP. In this respect, the hybrid system's performance can be improved in ZeSH than conventional house.
In Korea, air source heat pump system is less efficient than conventional heat source facilities, such as ground source, river water, because the air temperature in winter season is so low that COP of air source heat pump system drops below 3.0. Therefore, the study on the application of heat pump heating and cooling systems is crucial for the efficient popularization of heat pump. In this work, we present the dynamic analysis of energy consumption for the large resident building by heat resistance-capacitance method. The system simulation of water storage air source heat pump is additionally performed by changing of sizes and locations of the hospital building. The computed results show that energy cost of water storage air source heat pump is low, so it is more economical than absorption chiller & heater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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